X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Метрическая система мер была сформирована в конце XVIII в. во Франции, когда во время становления торговли и промышленности настоятельно потребовалось сменить множество единиц длины и массы, определенных произвольно, едиными, стандартизированными единицами, какими стали метр и килограмм [2].

Изначально метр был определен как 1/40 000 000 часть от Парижского меридиана, а килограмм - как масса 1 кубического дециметра воды при температуре 4˚С, т.е. единицы основывались на естественных эталонах, в чем заключалась одна из важнейших особенностей метрической системы, которая определила ее прогрессивное значение. Вторым немаловажным преимуществом являлось десятичный подраздел единиц, соответствующий принятой системе исчисления, и общий метод образования их наименований (представлял собой включение в название соответствующей приставки: кило, гекто, дека, санти и милли), который избавлял от сложных преобразований одних единиц в другие и устранял неразбериху в наименованиях [5].

Метрическая система мер стала фундаментом для унификации единиц абсолютно во всем мире. Однако в дальнейшем метрическая система мер в том виде, в котором была изначально (м, кг, м, м. л. ар и еще шесть десятичных приставок), была не в состоянии удовлетворять нарастающим запросам развивающейся науки и техники. По этой причине каждая сфера знаний выбирала для себя удобные единицы и системы единиц. Так, например, в физике большее предпочтение отдавали системе сантиметр - грамм - секунда (т. н. СГС); в технике широкое распространение получила система с основными единицами: метр - килограмм-сила - секунда (т. н. МКГСС); в теоретической электротехнике одна за другой стали использоваться несколько систем единиц, которые являлись производными от системы СГС; в теплотехнике же были приняты системы, которые совмещают в себе такие единицы измерения, как сантиметр, грамм и секунда с одной стороны, и на метре, килограмме и секунде с добавлением единицы температуры - градуса Цельсия единиц количества теплоты - калории, килокалории и т.д. с другой стороны. Также применялось и много других внесистемных единиц, например единицы энергии и работы - литр-атмосфера и киловатт-час, единицы давления – бар, миллиметр водяного столба, миллиметр ртутного столба и прочие. В результате образовалось большое количество метрических систем единиц и некоторые из них охватывали отдельные сравнительно узкие отрасли техники. [2].

Одновременное применение этих единиц в отдельных областях привело к засорению множества расчетных формул числовыми коэффициентами, не равными единице, что значительно усложнило вычисления. Такой пример: обычным делом в технике для измерения массы стало применение единицы системы МКС - килограмма, а для измерения силы - применение единицы системы МКГСС - килограмм-силы. С одной стороны это было удобно тем, что числовые значения массы (в килограммах) и ее веса оказались равными (с точностью, достаточной для большинства практических случаев). Однако с другой стороны следствием приравнивания разнородных по существу значений величин стало появление числового коэффициента 9,80665 (округленно 9,81) во многих формулах и к смешению понятий веса и массы, которое породило множество недоразумений и ошибок [4].

Такое разнообразие единиц и неудобства, связанные с этим, породили идею создания некой универсальной системы единиц физических величин, подходящей для всех отраслей науки и техники, которая могла бы впоследствии заменить все существующие системы и отдельные внесистемные единицы. В результате работ, проведенными международными метрологическими организациями, была разработана такая система, которая получила название Международной системы единиц, также называемая как Система Интернациональная (далее СИ). Она была принята на ХI Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1960 г. В качестве современной формы метрической системы [2].

Многофункциональность СИ обеспечивается тем, что семь ключевых единиц, которые заложены в ее основу, представлены единицами физических величин, отражающих основные характеристики материального мира, и дают возможность формировать производные единицы для любого рода физических величин во всех отраслях науки и техники. Преимуществом СИ перед иными системами единиц является принцип организации системы: СИ создана для определенной системы физических величин, которая позволяет представить физические явления в форме математических уравнений; некоторые из этих физических величин приняты основными и уже через них выражаются все остальные – т.е. производные физические величины. Для основных величин установлены конкретные единицы, размер которых согласован на международном уровне, а для остальных величин образуются производные единицы. Таким образом, построенная система единиц и единицы, входящие в нее, называются когерентными, так как выдерживается условие, что соотношения между числовыми значениями величин, выраженными в единицах СИ, не содержат коэффициентов, отличных от входящих в первоначально выбранные уравнения, которые связывают эти величины. Когерентность единиц при их применении позволяет до минимума упростить расчетные формулы за счет освобождения их от переводных коэффициентов [5].

В СИ устранена множественность единиц для выражения величин одного и того же рода. Так, например, вместо большого числа единиц давления, применявшихся на практике, единицей давления в СИ является только одна единица – паскаль [3].

Установление своей единицы для каждой физической величины позволило разделить понятия массы (единица СИ - килограмм) и веса (единица СИ - ньютон). Понятие массы необходимо использовать в тех случаях, когда подразумевается свойство тела или вещества, характеризующее способность создавать гравитационное поле и инерционность этих тел и веществ, а понятие веса - в случаях, когда имеется в виду сила, возникающая из-за взаимодействия тела с гравитационным полем [2].

Благодаря своим преимуществам, международная система единиц получила широкое распространение в мире. На данный момент сложно назвать страну, которая не внедрила бы СИ, либо находилась бы на стадии ее внедрения, либо не приняла бы решения о внедрении. Так, страны, которые ранее применяли английскую систему мер (Англия, Австралия, Канада, США и др.), также, в конце концов, приняли СИ [6].

Рассмотрим структуру построения Международной системы единиц. В таблице 1 приведены основные и дополнительные единицы СИ [1].

Таблица 1. Основные и дополнительные единицы СИ

Величина	Единица измерения	Сокращенное обозначение единицы
		Русское	Международное
Основные единицы
Длина	метр	м	m
Масса	килограмм	кг	kg
Время	секунда	с
Сила света	кандела	кд	cd
Количество вещества	моль	моль	mol
Дополнительные единицы
Плоский угол	радиан	рад	rad
Телесный угол	стерадиан	ср	cr

Производные единицы СИ образуются из основных и дополнительных единиц. Производные единицы, которые имеют специальные наименования, тоже могут быть использованы для создания других производных единиц [6].

Поскольку диапазон значений большей части измеряемых физических величин в настоящее время может быть достаточно объемным, то применение только единицы СИ является не совсем неудобным, так как результатом измерения будут являться слишком большие или слишком малые численные значения. В СИ учтена возможность применения десятичных кратных и дольных единиц от единиц СИ, образующиеся при помощи особых множителей и приставок (например, приставки гига- (10⁹), кило- (10³), милли- (10^-3) и другие) [7].

Международная система универсальна, охватывает все области физических явлений, все сферы техники и народного хозяйства. Она органически включает в себя такие давно распространенные и глубоко закрепившиеся в технике частные системы, как метрическая система мер и система практических электрических и магнитных единиц (ампер, вольт, вебер и др.). Только та система, в которую вошли эти единицы, могла претендовать на признание в качестве универсальной и международной системы мер [2].

Построение Международной системы отвечает современному уровню развития метрологии. К нему относится наиболее оптимальный подбор основных единиц, и, в частности, их количества и размеров. Также стоит упомянуть про согласованность (когерентность) производных единиц и образование кратных и дольных единиц посредством десятичных приставок [2].

В результате различные физические величины в Международной системе обладают, как правило, и различной размерностью. Появляется возможность полноценного размерного анализа, которая предотвращает некоторые недоразумения, появляющиеся, например, при контроле выкладок. Показатели размерности в СИ являются целочисленными, а не дробными, что упрощает выражение производных единиц через основные и позволяет совершать оперирование с размерностью. Метод десятичных приставок, который был унаследован от метрической системы, позволяет охватить широкие диапазоны изменения физических величин [2].

Международной системе свойственна определенная гибкость, допускающая применение некоторого количества внесистемных единиц. СИ - живая и постоянно развивающаяся система. Число основных единиц может быть увеличено еще, если это станет необходимо для охвата какой-либо дополнительной сферы явлений. Международная система, как понятно из её названия, должна стать единственной системой единиц физических величин, применяемой повсеместно. Унификация единиц представляет из себя давно назревшую необходимость. Ведь уже сейчас СИ сделала многочисленные системы единиц попросту ненужными [4].

Международная система единиц принята более чем в 130 странах мира и признана многими влиятельными международными организациями, такими как Организацию Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО), Международную организацию по стандартизации (ИСО), Международную организацию законодательной метрологии (МОЗМ), и др [5].

Список литературы

Власов А.Д., Мурин Б.П. Единицы физических величин в науке и технике: Справочник / Власов А.Д., Мурин Б.П. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 176с.: ил.

В. С. Ершов. Внедрение Международной системы единиц : справочное пособие / В. С. Ершов. - Москва: Издательство стандартов, 1986. - 296 с.

Камке Д., Кремер К. Физические основы единиц измерения – М.: Мир, 1980. — 208 с.

Новосильцев В.И. К истории основных единиц СИ / В. Н. Новосильцев. - Ростов н/Д : Изд-во Рост. ун-та, 1975. - 71 с.

Маркин, Н. С. Метрология. Введение в специальность : учебное пособие для средних специальных учебных заведений по специальности "Радиотехнические измерения" / Н. С. Маркин, В. С. Ершов – М. : Изд-во стандартов, 1991 . – 208 с.

Единицы величин: методические рекомендации к выполнению практических занятий по дисциплинам «Метрология, стандартизация и сертификация» и «Метрология и сертификация» для студентов технических вузов различных направлений подготовки и всех форм обучения / Т.Н. Зырянова; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2011. – 33 с.

ГОСТ 8.417-2002 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Единицы величин, 2010

Код для цитирования: Скопировать